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Die
Erfindung betrifft eine Härteprüfvorrichtung
mit einem Probenhalter, der ein Prüfmaterial in Stellung bringt,
einer Eindruckeinrichtung, die eine Last auf das Prüfmaterial überträgt, einer Überwachungseinrichtung,
die das Prüfmaterial überwacht, und
einem Versetzungsmechanismus, der die Eindruckeinrichtung und die Überwachungseinrichtung gemeinsam
hält und
die Eindruckeinrichtung und die Überwachungseinrichtung
zweidimensional in einer zu der Ebene des Probenhalters parallelen
Ebene versetzt.
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Diese
bekannte Härteprüfvorrichtung
hat einen Aufbau, bei dem eine bestimmte Belastung auf ein zu prüfendes Material über die
Eindruckeinrichtung ausgeübt
wird, um einen Eindruck zu bilden, wobei die Härte des Materials über die
Form des Eindrucks bestimmt wird.
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Aus
dem JP-GM 5-45964 ist eine weitere Härteprüfvorrichtung bekannt, bei der
das zu prüfende
Material auf einem Tisch angeordnet wird, der längs der X und Y Achsen bewegt
werden kann, wobei die Messposition optisch mittels eines Mikroskops
bestimmt wird, das über
dem Tisch angeordnet ist, und durch eine Eindruckeinrichtung ein
Eindruck an dieser Position im Material gebildet wird.
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Aus
der
DE 41 19 564 C2 ist
eine Härteprüfvorrichtung
der gleichen Art bekannt, bei der in einer Schwenkbewegung die Überwachungseinrichtung und
die Eindruckeinrichtung zweidimensional in einer Ebene parallel
zur Ebene des Probenhalters bewegt werden können.
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Eine
Härteprüfvorrichtung
mit dem obigen Aufbau ist jedoch mit den folgenden Schwierigkeiten verbunden:
- 1. Um die Messposition zu bestimmen, muss der Tisch
in einer X-Y Ebene versetzt werden. Je größer dann das zu prüfende Material
wird, um so länger
wird die Versetzungsstrecke des Tisches. Die X und die Y Tische
werden daher größer. Der Versetzungsbereich
der X und Y Tische ist etwa viermal so groß wie die Größe des zu
prüfenden Materials.
- 2. Da der Abstand zwischen der Eindruckeinrichtung und dem Tisch
oder der Abstand zwischen dem Mikroskop und dem Tisch dadurch eingestellt wird,
dass ein Z Tisch auf- und abbewegt wird, kann es vorkommen, dass
die Härte
eines konkaven Teils nicht gemessen werden kann. Wenn weiterhin
das zu prüfende
Material konvexe oder konkave Teile aufweist, wird der Einrichtungsvorgang
zum Festlegen einer Vielzahl von Messpositionen sehr kompliziert.
Das Einrichten erfolgt in herkömmlicher
Weise wie folgt: Es wird eine Messposition an dem zu prüfenden Material
mittels eines Mikroskops überwacht,
festgelegt und gespeichert. Danach wird das Objektiv des Mikroskops
vom Material entfernt, indem der Tisch abgesenkt wird, um einem
möglichen
konvexen Teil am Material aus dem Weg zu gehen. Danach wird der
Tisch längs
der X und Y Achsen versetzt und wird die nächste Messposition optisch überwacht und
bestimmt. Anschließend
wird der Tisch in die Brennebene des Mikroskops nach oben bewegt, wird
die Oberfläche
des Materials betrachtet und wird die Position bestimmt und gespeichert.
- 3. Um eine Messposition zu bestimmen, wird die virtuelle optische
Achse des Objektives des Mikroskops auf eine Sollmessposition eingestellt,
indem der Tisch entlang der X und Y Achsen versetzt wird. Dann wird
das Mikroskop auf die Sollposition scharf eingestellt, nachdem das
Objektiv näher
zum Material bewegt worden ist, und wird die Sollposition dadurch
bestimmt, dass die Position auf dem Material überwacht wird. Da der Tisch
so versetzt wird, dass die virtuelle optische Achse des Objektivs
optisch mit der Messposition zusammenfällt, wird zum Bestimmen der
Messposition mit hoher Genauigkeit viel Zeit benötigt oder ist diese Bestimmung
der Messposition oftmals fehlerhaft.
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Bei
den bekannten Härteprüfvorrichtungen sind
somit insbesondere keine Einrichtungen vorgesehen, die die Eindruckeinrichtung
und die Überwachungseinrichtung
so voneinander entkoppeln können,
dass diese Einrichtungen in Z Richtung, d. h. in Richtung auf den
Probenhalter unabhängig voneinander
bewegt werden können.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Härteprüfvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit kleineren Abmessungen
ausgebildet werden kann, bei der die Zeit für den Lernvorgang zum Aufsuchen
der geeigneten Prüfpositionen
bei einem Prüfmaterial
mit konkaven und konvexen Teilen verkürzt werden kann und bei der
es problemlos ist, eine Position zu bestimmen, an der eine Prüfung durchzuführen ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
einen ersten Trennmechanismus, der die Überwachungseinheit in eine
Richtung zum Probenhalter hin und vom Probenhalter weg bewegt, einen zweiten
Trennmechanismus, der die Eindruckeinrichtung in die Richtung zum
Probenhalter hin und vom Probenhalter weg bewegt und eine Steuereinheit
gelöst,
die den ersten und den zweiten Trennmechanismus unabhängig voneinander
ansteuert.
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Da
bei der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung
die Eindruckeinrichtung und die Überwachungseinrichtung
unabhängig
voneinander zum Prüfmaterial
hin und vom Prüfmaterial
weg bewegt werden können,
ist die Einrichtung einer Messstelle an einem Material mit einem
konvexen oder konkaven Teil problemlos. Da davon unabhängig die
Belastung auf einen konkaven Teil übertragen werden kann, ist
es weiterhin problemlos, die Härte
eines konkaven Teils zu messen, was bisher schwierig war.
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Im
Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
beschrieben. Es zeigen
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1a und 1b eine Seitenansicht und eine Vorderansicht
eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung,
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2 eine Seitenansicht des
Ausführungsbeispiels
von 1b von rechts,
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3 in einem Blockschaltbild
die Steuerung der in 1 und 2 dargestellten Härteprüfvorrichtung
und
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4a und 4b eine Vorderansicht und eine Seitenansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung.
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In
den 1a und 1b ist das erste Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Härteprüfvorrichtung
in einer Draufsicht und in einer Vorderansicht jeweils dargestellt. 2 zeigt eine Seitenansicht
von rechts des in 1b dargestellten
Ausführungsbeispiels.
Die X, Y und Z Achsen liegen so, wie es in den 1 und 2 dargestellt
ist.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte Härteprüfvorrichtung
umfaßt
einen Untersatz 11, der mit einem Tisch 10 versehen
ist, eine Führungsschiene 21 und
eine Antriebseinheit 22 für einen Y Tisch, die jeweils
auf dem Untersatz 11 angeordnet sind und entlang der Y
Achse verlaufen, einen U-förmigen Y
Tisch 23, der an der Führungsschiene 21 für den Y
Tisch und an der Antriebseinheit 22 für den Y Tisch angeordnet ist
und sich entlang der Y Achse bewegt, eine X Tisch 32, der
sich entlang der X Achse bewegt und von einer Antriebseinheit 31 für den X
Tisch angetrieben wird, die auf dem Y Tisch 23 angeordnet
ist und entlang der X Achse verläuft,
eine erste Antriebseinheit 42 für einen Z Tisch, die auf dem
X Tisch 32 angeordnet ist und einen ersten Z Tisch 41 entlang
der Z Achse auf und ab bewegt, auf dem eine Überwachungseinheit 45 angebracht
ist, eine Antriebseinheit 52 für einen zweiten Z Tisch, die
auf dem X Tisch 32 angeordnet ist und einen zweiten Z Tisch
entlang der Z Achse auf und ab bewegt, auf dem eine Belastungseinheit 55 angebracht
ist, einen Steuerknüppel 60,
der die Anweisungen zum Antrieb jedes Tisches 23, 32, 41 und 51 gibt,
eine Laserbestrahlungseinheit 70, die auf dem X Tisch 32 angeordnet
ist und einen Markierungslichtstrahl ausgibt, der eine Sollmeßposition
auf einem Prüfmaterial
W angibt, und einen Monitor 80, der ein Bild anzeigt, das
durch die Überwachungseinheit 45 aufgenommen
wird. Das Prüfmaterial
W ist an einem Probenhalter 90 angeordnet, der an seinem
Sockel Rollen aufweist. Der Probenhalter 90 wird am Tisch 10 fest
angeordnet und die Messung wird anschließend durchgeführt. Der
Probenhalter 90 wird über
eine Fördereinheit 100 auf
den Tisch 10 befördert.
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Die
Antriebseinheit 22 für
den Y Tisch umfaßt eine
in der Zeichnung nicht dargestellte Schraubenspindel, die ent lang
der Y Achse verläuft,
sowie einen Antriebsmotor 22a für den Y Tisch, der die Schraubenspindel
dreht. Der untere Teil eines Schenkels 23a des Y Tisches 23 steht
in Schraubverbindung mit der Schraubenspindel, die von der Antriebseinheit 22 gedreht
wird. Der Y Tisch 23 wird entlang der Y Achse angetrieben,
wenn die Schraubenspindel durch den Antriebsmotor 22a für den Y
Tisch gedreht wird. Der andere Schenkel 23b des Y Tisches 23 steht
mit der Führungsschiene 21 für den Y
Tisch so in Eingriff, daß der
Y Tisch 23 so geführt
wird, daß er
sich entlang der Y Achse bewegt. Eine Y Tischeinheit 20 umfaßt die Führungsschiene 21 für den Y
Tisch, die Antriebseinheit 22 für den Y Tisch und den Y Tisch 23 selbst.
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Die
Antriebseinheit 31 für
den X Tisch umfaßt eine
nicht dargestellte Schraubenspindel, die entlang der X Achse verläuft und
einen Antriebsmotor 31a für den X Tisch, der die Schraubenspindel
dreht. Der X Tisch 32 steht in Schraubverbindung mit der
Schraubenspindel, die durch die Antriebseinheit 31 für den X
Tisch gedreht wird, und wird entlang der X Achse angetrieben, wenn
die Schraubenspindel durch den Antriebsmotor 31a für den X
Tisch gedreht wird. Eine X Tischeinheit 30 umfaßt die Antriebseinheit 31 für den X
Tisch und den X Tisch 32 selbst. Die Antriebseinheit 47 für den ersten
Z Tisch umfaßt
eine nicht dargestellte Schraubenspindel, die entlang der Z Achse
verläuft,
sowie einen Antriebsmotor 42a für den Z Tisch, der die Schraubenspindel
dreht. Der erste Z Tisch 41 steht in Schraubverbindung
mit der Schraubenspindel, die durch die Antriebseinheit 42 für den Z
Tisch gedreht wird, und wird entlang der Z Achse angetrieben, wenn
die Schraubenspindel durch den Antriebsmotor 42a für den Z
Tisch gedreht wird. Die erste Z Tischeinheit 40 umfaßt den ersten
Z Tisch 41 und die Antriebseinheit 42 für den ersten
Z Tisch.
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Die Überwachungseinheit 45,
die durch die erste Z Ti scheinheit 40 auf und ab bewegt
wird, nimmt ein Bild der Oberfläche
des Prüfmaterials
W mittels eines Abbildungselementes wie beispielsweise einer ladungsgekoppelten
Einrichtung CCD auf und zeigt dieses an dem Monitor 80 an.
Die Überwachungseinheit 45 ist
vorzugsweise mit einer Fokussierungsdetektoreinheit versehen und
der erste Z Tisch 41 wird auf der Grundlage der dadurch
ermittelten Ergebnisse so auf und ab bewegt, daß eine Scharfeinstellung auf
das Prüfmaterial
W erfolgt. Die Überwachungseinheit 45 kann
durch ein optisches Mikroskop ersetzt sein und die Oberfläche des
Prüfmaterials
W kann optisch durch die Person inspiziert werden, die mit der Messung
befaßt
ist.
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Die
Antriebseinheit 52 für
den zweiten Z Tisch umfaßt
eine nicht dargestellte Schraubenspindel, die entlang der Z Achse
verläuft,
und einen Antriebsmotor 52a für den Z Tisch, der die Schraubenspindel
dreht. Der zweite Z Tisch 51 steht in Schraubverbindung
mit der Schraubenspindel, die durch die Antriebseinheit 52 für den Z
Tisch gedreht wird, und wird entlang der Z Achse auf und ab bewegt,
wenn die Schraubenspindel durch den Antriebsmotor 52a für den Z
Tisch gedreht wird. Die zweite Z Tischeinheit 50 umfaßt den zweiten
Z Tisch 51 und die Antriebseinheit 52 für den zweiten
Z Tisch. Der zweite Z Tisch 51 ist mit einer Belastungseinheit 55 versehen, die
in bekannter Weise eine Eindruckeinrichtung 55a und ein
nicht dargestelltes Gewicht umfaßt, das die Eindruckeinrichtung 55a gegen
das Prüfmaterial
W drückt.
Die Belastungseinheit 55 bewegt sich entlang der Z Achse
auf und ab, wenn die Schraubenspindel durch die Antriebseinheit 52a für den Z
Tisch gedreht wird.
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3 zeigt in einem Blockschaltbild
die Steuerung der Härteprüfvorrichtung.
Die Steuerung umfaßt
eine Steuerschaltung 201 mit einer Zentraleinheit CPU,
einem Festspeicher ROM und einem Arbeitsspeicher RAM. Der Antriebsmotor 31a für den X
Tisch, der Antriebsmotor 22a für den Y Tisch, die Antriebsmotoren 42a und 52a für den ersten
und den zweiten Z Tisch, die CCD 45a der Überwachungseinheit 45,
die Belastungseinheit 55, die Laserbestrahlungseinheit 70 und
der Monitor 80 werden über
die Steuerschaltung 201 gesteuert. Der Steuerschaltung 201 wird
von einem X Codierer 30E, der die Position des X Tisches 32 erfaßt, von
einem Y Codierer 20E, der die Position des Y Tisches 23 erfaßt, von
einem ersten Z Codierer 40E, der die Position des ersten
Z Tisches 41 erfaßt,
und von einem zweiten Z Codierer 50E ein Eingangssignal
eingegeben, der die Position des zweiten Z Tisches 51 erfaßt. Die
Steuerschaltung 201 ist gleichfalls mit dem oben erwähnten Steuerknüppel 60 oder
einer Tastatur 80 verbunden. Die Steuerschaltung 201 speichert
ein über
einen Einrichtungsvorgang aufgenommenes Positionssignal und berechnet
eine Sollposition der Überwachungseinheit 45 oder
der Belastungseinheit 55 mittels des Positionssignals,
wie es später
beschrieben wird. Die Härte
wird weiterhin dadurch ermittelt, daß die diagonale Länge des
Eindrucks über
einen Bildverarbeitungsvorgang berechnet wird, was später beschrieben
wird.
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Im
folgenden wird die Arbeitsweise des obigen Ausführungsbeispiels erläutert. Zunächst wird das
Prüfmaterial
W am Probenhalter 90 angeordnet, woraufhin der Probenhalter 90 auf
den Tisch 10 mittels der Fördereinheit 100 befördert und
dort festgelegt wird. Ein Markierungslichtstrahl von der Laserbestrahlungseinheit 70 wird
dann ausgesandt. Jeder der X und Y Tische 32, 23 wird
durch eine Betätigung des
Steuerknüppels 60 so
angeordnet, daß der
Markierungslichtstrahl auf eine gewünschte Position auf dem Prüfmaterial
W fällt.
Zu diesem Zeitpunkt sollte die Laserbestrahlungseinheit 70 weit
genug von dem Prüfmaterial
W entfernt gehalten sein, damit ein Zusammenstoßen mit einem konvexen Teil
des Prüfmaterials
W vermieden ist, wenn das Prüfmaterial
W einen konvexen oder einen konkaven Teil haben sollte. Das optische System
der Laserbestrahlungseinheit 70 ist so ausgebildet, daß der Durchmesser
des Lichtfleckes, der vom Markierungslichtstrahl auf dem Prüfmaterial
W gebildet wird, annähernd
1 mm beträgt.
Eine Person, die mit der Messung befaßt ist, bestimmt eine zu messende
Sollposition optisch mittels des Markierungslichtes. Die Person
gibt dann die Anweisung, die Position zu speichern, indem sie den Steuerknüppel 60 betätigt, woraufhin
jedes der Positionssignale, die von den X und Y Codierern 30E und 20E in
die Steuerschaltung 201 eingegeben werden, in einer nicht
dargestellten Speichereinheit gespeichert wird. Der obige Arbeitsvorgang
wird als Einrichtungs- oder Schulungsvorgang für jede der Vielzahl von Sollpositionen
durchgeführt,
an denen zu messen ist.
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Anschließend werden
der X und der Y Tisch 32, 23 so angetrieben, daß die Position,
an der der Einrichtungsvorgang durchgeführt wurde, mit der optischen
Achse der Überwachungseinheit 45 zusammenfällt. Die Überwachungseinheit 45 und
die Laserbestrahlungseinheit 70 sind gemeinsam am X Tisch 32 angeordnet
und die relative Position zwischen der Überwachungseinheit 45 und
der Laserbestrahlungseinheit 70 in einem XY Coordinatensystem
ist bekannt. Die Sollposition der optischen Achse der Überwachungseinheit 45 wird
daher auf der Grundlage der Sollmeßposition, die über das
Bestrahlungslicht bestimmt und gespeichert wurde, und der relativen Position
zwischen der optischen Achse der Überwachungseinheit 45 und
der Laserbestrahlungseinheit 70 berechnet, wodurch die
Position der Überwachungseinheit 45 genau
eingestellt wird.
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Der
X Tisch 32 und der Y Tisch 23 werden so angetrieben,
daß die Überwachungseinheit 45 mit der
ersten Meßposition
zusammenfällt.
Es wird ein Bild der ersten Meßposition
mit der CCD 45a der Überwachungseinheit 45 aufgenommen
und am Monitor 80 angezeigt. Es wird beurteilt, ob diese
Position als Meßposition
geeignet ist oder nicht. Wenn sie ge eignet ist, wird diese Position
als erste Meßposition
in der Speichereinheit gespeichert. In diesem Fall werden alle Positionssignale
von den X und Y Codierern 30E und 20E in der Speichereinheit
gespeichert. Wenn die überwachte
Position auf eine Kristallgrenze fällt, ist sie als Meßposition
nicht geeignet. Anschließend
wird die Meßposition
in eine andere Position geändert,
indem die X und Y Tische 32, 23 mit dem Steuerknüppel 60 angetrieben
werden. Wenn die Position als Meßposition geeignet ist, wird
die Position durch Betätigen
des Steuerknüppels 60 gespeichert und
werden die Positionssignale von den X und Y Codierern 30E und 20E gespeichert.
Dieser Arbeitsvorgang wird bei allen anderen Meßpositionen durchgeführt, bis
dann der Einrichtungsvorgang an allen Meßpositionen abgeschlossen ist.
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Die Überwachungseinheit 45 und
die Belastungseinheit 55 sind gemeinsam vom X Tisch 32 gehalten
und die relative Position zwischen der Überwachungseinheit 45 und
der Belastungseinheit 55 im XY Coordinatensystem ist bereits
bekannt. Auf der Grundlage der Position in XY Coordinaten, die als
geeignete Meßposition
während
des oben beschriebenen Einrichtungsvorganges gespeichert wurde,
und auf der Grundlage der relativen Position zwischen der optischen
Achse der Überwachungseinheit 45 und
der Eindruckeinrichtung 55a der Belastungseinheit 55 wird
folglich die Position, an der die Eindruckeinrichtung 55a eine
Last übertragen
soll, berechnet und kann die Eindruckeinrichtung 55a genau
an dieser Position angeordnet werden. Nachdem der Einrichtungsvorgang
an einer Vielzahl von Punkten in der oben beschriebenen Weise abgeschlossen
ist, wird die Härte
des Materials W tatsächlich
gemessen.
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Zunächst wird
die Eindruckeinrichtung 55a der ersten Meßposition
gegenüber
angeordnet, indem die X und Y Tische 32 und 23 versetzt
werden, und wird anschließend
die Belastungseinheit 55 auf eine bestimmte Höhe mittels
der An triebseinheit 52 für den zweiten Z Tisch abgesenkt,
so daß die
Eindruckeinrichtung 55a in einen Kontakt mit der Oberfläche des
Prüfmaterials
W kommt. Im obigen Zustand wird ein Eindruck in der Oberfläche des
Prüfmaterials
W ausgebildet, indem das Gewicht, das in die Belastungseinheit 55 eingebaut
ist, an die Eindruckeinrichtung 55a gelegt wird. Nach der
Ausbildung des Eindrucks wird die Belastungseinheit 55 mittels
der Antriebseinheit 52 für den zweiten Z Tisch angehoben
und werden die X und Y Tische 32, 23 so versetzt,
daß die
Eindruckeinrichtung 55a der nächsten Meßposition zugewandt ist. Es
wird der gleiche Arbeitsvorgang ausgeführt und somit erneut ein Eindruck
im Prüfmaterial
mittels der Eindruckeinrichtung 55a ausgebildet. Die obigen
Arbeitsvorgänge
werden wiederholt, bis an jeder der Meßpositionen, die durch den
Einrichtungsvorgang vorbestimmt sind, ein Eindruck ausgebildet ist.
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Anschließend werden
Bilder aller Eindrücke, die
an der Vielzahl von Positionen ausgebildet sind, mit der CCD 45a der Überwachungseinheit 45 aufgenommen.
Diese Bilder werden einer Bildverarbeitung unterworfen und es wird
die Härte
an jeder Position unter Verwendung der diagonalen Länge jedes
Eindruckes berechnet. Um die Härte
in der oben beschriebenen Weise zu ermitteln, werden die X und Y Tische 32, 23 zunächst so
versetzt, daß die
optische Achse der Überwachungseinheit 45 der
ersten Meßposition
zugewandt ist. Die Überwachungseinheit 45 wird
dann auf eine bestimmte Höhe
mittels der Antriebseinheit 42 für den ersten Z Tisch gebracht,
derart, daß die Überwachungseinheit 45 auf
den Eindruck scharf eingestellt ist. Unter diesen Bedingungen wird
ein von der CCD 45a aufgenommenes Bild gespeichert, wird
das Bild in ein digitales Bild umgewandelt und wird das digitalisierte
Bild in einem Pufferspeicher gespeichert. Nach Abschluß der Aufnahme
des Bildes der ersten Position werden die X und Y Tische 32, 23 so
versetzt, daß die Überwachungs einheit 45 der
zweiten Meßposition
zugewandt ist. Anschließend
wird ein Bild des Eindrucks an der zweiten Position aufgenommen
und wird das digitale Bild im Speicher gespeichert. Dieser Arbeitsvorgang wird
an allen anderen Meßpositionen
wiederholt, bis alle digitalen Bilder der Eindrücke gespeichert sind, die an
der Vielzahl von Meßpositionen
ausgebildet sind. Jedes gespeicherte Bild wird in einer bestimmten
Weise einer Bildverarbeitung unterworfen und es wird die diagonale
Länge aller
Eindrücke
an diesen Positionen berechnet und der Wert der Härte an diesen
Positionen auf der Grundlage der von der Eindruckeinrichtung 55a ausgeübten Belastung
und der diagonalen Länge
ermittelt.
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Bei
der Härteprüfvorrichtung
mit dem oben beschriebenen Aufbau können die Überwachungseinheit 45 und
die Belastungseinheit 55 in einer XY Ebene bewegt werden,
so daß es
nicht notwendig ist, das Prüfmaterial
W zu bewegen. Es reicht daher für den
Tisch 10 aus, daß er
gerade die gleiche Größe wie das
Prüfmaterial
W hat, was die Größe der Härteprüfvorrichtung
vermindert.
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Wenn
bei einem Prüfmaterial
W, das auf seiner Oberfläche
einen konkaven oder konvexen Teil aufweist, die Laserbestrahlungeinheit 70 weit
genug vom Prüfmaterial
W entfernt ist, kann die Laserbestrahlungseinheit 70 in
der XY Ebene mittels der X und Y Tische 32, 23 versetzt
werden, ohne daß die Laserbestrahlungseinheit 70 auf
und ab bewegt werden muß.
Es ist daher möglich,
die Zeit zu verkürzen, die
für den
Einrichtungsvorgang bei einem Prüfmaterial
W benötigt
wird, das einen konkaven oder konvexen Teil aufweist. Da es möglich ist,
die Meßposition grob
durch eine optische Betrachtung eines Markierungslichtstrahles zu
messen, der auf das Prüfmaterial
W geworfen wird, ist es verglichen mit dem herkömmlichen Fall, bei dem eine
virtuelle optische Achse eines Objektivs zunächst auf der Oberfläche des Prüfmaterials
W festgelegt werden mußte
und dann die Position optisch bestimmt wurde, problemlos, die Meßsollposition
zu bestimmen.
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Da
die Überwachungseinheit 45 an
der ersten Z Tischeinheit 40 angebracht ist und die Belastungseinheit 55 an
der zweiten Z Tischeinheit 50 angebracht ist und diese
unabhängig
voneinander längs
der Z Achse auf und ab bewegt werden können, ist es einfach, den Einrichtungsvorgang
der Meßposition
für das
Prüfmaterial
W selbst dann auszuführen,
wenn dieses einen konkaven oder konvexen Teil hat. Dadurch wird
es gleichfalls möglich,
die Härte
eines konkaven Teils des Prüfmaterials
W zu messen. Das heißt
mit anderen Worten, daß die
optische Achse der Überwachungseinheit 45 so
bewegt wird, daß sie
der Meßposition
zugewandt ist, was über
die X und Y Tischeinheiten 30, 20 erfolgt, und die Überwachungseinheit 45 mittels
der ersten Z Tischeinheit 40 längs der Z Achse abgesenkt wird.
Es kann insbesondere ein Vorsatztubus der Überwachungseinheit 45 in
einen konkaven Teil eingeführt werden,
der auf der Oberfläche
des Prüfmaterials
W zu messen ist, und es kann die Überwachungseinheit 45 auf
diese Position scharf eingestellt werden. Wenn diese Position als
Meßposition
geeignet ist, wird sie gespeichert. Anschließend wird die Überwachungseinheit 45 angehoben
und wird die XY Coordinatenposition der Eindruckeinrichtung 55a auf
der Grundlage der gespeicherten Position berechnet. Die Eindruckeinrichtung 55a der
Belastungseinheit 55 wird in die XY Coordinatenposition
mittels der X und Y Tischeinheiten 30, 20 bewegt,
so daß die
Eindruckeinrichtung 55a der Meßposition am konkaven Teil zugewandt
ist. Die Eindruckeinrichtung 55a wird dann so bewegt, daß sie mit
der Meßposition
des Prüfmaterials
W in Kontakt kommt und zwar mittels der zweiten Z Tischeinheit 50,
und es wird ein Eindruck am Prüfmaterial
W mittels der Eindruckeinrichtung 55a ausgebildet, an der
eine Last liegt. Da in der oben beschriebenen Weise die Überwachungseinheit 45 und
die Belastungseinheit 55 in der XY Ebene gemeinsam bewegt
werden, während
sie sich einzeln entlang der Z Achse bewegen können, ist es möglich, die
Härte eines
konkaven Teils zu messen, was bisher schwierig war.
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Bei
der obigen Ausbildung kann die Überwachungseinheit 45 ein
optisches Mikroskop statt der CCD 45a umfassen. In diesem
Fall wird die diagonale Länge
des Eindrucks optisch über
das optische Mikroskop und nicht über eine Bildverarbeitung gemessen.
Statt des obigen Arbeitsablaufes, der zunächst eine Bestimmung einer
Vielzahl von Meßsollpositionen,
die Betrachtung der einzelnen Sollpositionen nacheinander und die
Bestimmung einer Vielzahl von Meßpositionen, die Ausbildung
eines Eindruckes an jeder dieser Positionen, die Aufnahme eines
Bildes jedes Eindrucks nacheinander und die Ermittlung der Härte umfaßt, kann
darüberhinaus
das folgende Verfahren angewandt werden, bei dem eine Meßsollposition
optisch inspiziert und bestimmt wird, ein Eindruck an der Meßposition
ausgebildet wird, das Bild des Eindruckes aufgenommen und die Härte an dieser
Stelle durch Aufnahme des Bildes berechnet wird und das Verfahren
für andere
Sollpositionen wiederholt wird. Statt der Anordnung der Laserbestrahlungseinheit 70 am
X Tisch 32 und ihrer zweidimensionalen Versetzung kann
auch ein Abtastmechanismus vorgesehen sein, der einen von einer
festen Laserbestrahlungseinheit 70 ausgesandten Lichtstrahl abtastet,
wenn das Prüfmaterial
nicht so groß ist.
In diesem Fall arbeitet der Abtastmechanismus als Bewegungsmechanismus
für den
Lichtstrahl.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem eine Laserbestrahlungseinheit an einer herkömmlichen
Härteprüfvorrichtung vorgesehen
ist, um eine Meßsollposition
mittels eines Markierungslichtstrahles sichtbar zu machen. Wie es
in 4 dargestellt ist,
wird das Prüfmaterial auf
einem XYZ Tisch 301 angeordnet und ist ein Drehkopf 302,
der drehbar oben so angeordnet ist, daß er dem Tisch 301 zugewandt
ist, mit einem Objektiv 303, einer Eindruckeinrichtung 304 und
einer Laserbestrahlungseinrichtung 305 versehen. Ein Okular 306 bildet
gemeinsam mit dem Objektiv 303 ein Mikroskop und ein CCD
Bildaufnahmeelement nimmt die Bilder der Oberfläche des Prüfmaterials auf.
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Im
Folgenden wird der Arbeitsvorgang bei der Messung der Härte eines
Prüfmaterials
mittels der in 4 dargestellten
Härteprüfvorrichtung
beschrieben. Der Drehkopf 302 wird so gedreht, dass die
Laserbestrahlungseinheit 305 dem Prüfmaterial zugewandt ist, und
es wird ein dünner
Laserlichtstrahl auf das Prüfmaterial
geworfen. Eine Person, die mit der Messung befasst ist, bewegt den
XYZ Tisch 301 während
sie optisch den Lichtfleck auf dem Prüfmaterial beobachtet, derart,
dass der Laserstrahl auf die Messsollposition fällt. Nachdem die Messposition
bestimmt ist, wird der Drehkopf 302 so gedreht, dass das
Objektiv 303 der Sollposition zugewandt ist, wird das Mikroskop
auf diese Position scharf eingestellt und wird die Oberfläche des
Prüfmaterials
betrachtet. Wenn die Position nicht auf kristalline Grenzen fällt, wird
der Drehkopf 302 so gedreht, dass die Eindruckeinrichtung 304 der
Messposition zugewandt ist und wird mittels der Eindruckeinrichtung 304 ein
Eindruck ausgebildet.
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Da
bei der in 4 dargestellten
Härteprüfvorrichtung
die Sollmessposition durch einen sichtbaren Lichtstrahl angezeigt
wird, ist es außerordentlich
einfach, diese Position zu bestimmen.
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Bei
dem obigen Ausführungsbeispiel
entsprechen die X Tischeinheit 30 und die Y Tischeinheit 20 einem
Versetzungsmechanismus, entspricht der erste Z Tisch 41 einem
ersten Trennmechanismus und entspricht der zweite Z Tisch 51 einem
davon unabhängigen
zweiten Trennmechanismus.